推 力器的端面平行，测量推力器发散角，测量完毕后，向下翻转推力器发散角测量系统测试面 至测试面向下，防止推力器发散角测量系统被等离子体损坏；
[0065] (2)进行离子推力器拉偏性能测试：拉偏工况I测试，额定工况下，将离子推力器 阳极流量调为额定值的（1+5% )、主阴极流量调至额定值的（1-5% )、中和器流量为额定值 的（1-5% )，供电条件调为额定值的（1+5% )，查看离子推力器性能变化；拉偏工况II测 试，额定工况下，将离子推力器阳极流量调为额定值的（1-5% )、主阴极流量调至额定值的 (1+5% )、中和器流量为额定值的（1+5% )，供电条件调为额定值的（1-5% )，查看离子推力 器性能变化。
[0066] (3)主阴极羽状模式安全裕度测试：采用流量微调法进行测试，只开主阴极，将主 阴极供气流率由额定工况逐步减小，直到主阴极从点模式转变为羽流模式，触持极电压峰 峰变化值超过5V即认为发生羽流模式，主阴极额定工况与羽流临界时的供气流率之差即 为主阴极羽状模式安全裕度。
[0067] (4)中和器羽状模式安全裕度测试：采用流量微调法进行测试，只开中和器，将中 和器供气流率由额定工况逐步减小，直到中和器从点模式转变为羽流模式，触持极电压峰 峰变化值超过5V即认为发生羽流模式，中和器额定工况与羽流临界时的供气流率之差即 为中和器羽状模式安全裕度。
[0068] (5)电子反流极限电压测试：采用加速栅电压微调法进行测试，额定工况下，逐步 降低加速栅电压，直至束电流有〇.ImA的增量，此时的加速栅电压即为电子反流极限电压。
[0069] (6)栅极表面磨损测试：离子推力器停机后，待加速栅冷却后，利用栅极腐蚀在线 监测系统对加速栅进行拍照，从而获得加速栅的腐蚀情况。
[0070] (7)真空环境绝缘性能测试：离子推力器停机后，使用耐压测试仪对推力器的电 缆之间的绝缘度进行测量。
[0071] 当进行离子推力器长时间寿命地面试验时，在按照步骤1进行试验准备和步骤2 进行离子推力器预处理后，
[0072] 第一步，进行离子推力器500小时累计循环试验，并记录推力器性能与累计工作 时间的关系，用以归纳推力器性能变化的基本规律。
[0073] 步骤1. 1，进行离子推力器开关机循环试验：离子推力器工作120min、关机等待 30min、再开机推力器工作120min的循环进行。
[0074] 步骤1. 2,按照步骤3的方式进行离子推力器性能测试；
[0075] 步骤1. 3,对离子推力器进行例行检修，如果试验设备及离子推力器未被暴露于大 气中，则转入第三步；否则，转入第二步。
[0076] 第二步，按照步骤2进行离子推力器预处理，然后转入第三步。
[0077] 第三步，按照第一步进行离子推力器500小时累计循环试验，每工作2000小时进 行一次离子推力器寿命与可靠性评价；直至推力器工作失效或者是推力器累积工作时间达 到IlOOOh为止。
[0078] 此外，试验期间，应能随时监测离子推力器工作参数和试验系统工作参数。
[0079] 在真空抽气系统再生或设备排故障期间，利用推力器移动机构将离子推力器退至 副舱真空容器中，关闭插板阀。
[0080] 试验一直到达到寿命试验工作时间及开关次数或者系统出现提前失效时为止。
[0081] 综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。 凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的 保护范围之内。
【主权项】
1. 一种离子推力器寿命地面试验设备，其特征在于，包括：主舱真空容器、插板阀、副 舱真空容器、真空抽气系统、离子束靶、防溅射屏、推力器移动机构、石英晶体微量天平QCM、 推力器发散角测量系统、栅极腐蚀在线监测系统、地面试验电源系统、设备控制系统、氙气 供气系统、复压系统、冷却水系统、气动元件供气系统、液氮储供系统和摄像照明系统； 其中，主舱真空容器一端设有主舱舱门，另一端通过插板阀与副舱真空容器相连，副舱 真空容器一端设有副舱舱门，另一端通过插板阀与主舱真空容器相连；主舱真空容器为离 子推力器地面寿命试验的工作舱，副舱为离子推力器的放置舱； 真空抽气系统由用于抽空气的普通大口径低温栗和用于抽氙气的氙气大口径低温栗 组成，每台低温栗与主舱真空容器之间设有插板阀，用于将地面试验设备抽至要求的真空 度； 离子束靶安装在主舱真空容器的主舱舱门内表面上，离子束靶外表面设有高纯石墨靶 板； 防溅射屏安装在主舱真空容器直线段的内圆周面上，防溅射屏材料为纯钛Tal ; 栅极腐蚀在线监测系统包括机械臂以及安装机械臂上的照相机，通过照相获得试验过 程中离子推力器栅极的腐蚀状况；所述栅极腐蚀在线监测系统安装在主舱真空容器内的检 测室中； 推力器发散角测量系统安装在主舱真空容器前段距离离子推力器前方，可上下翻转 和水平平移，参与离子推力器束流发散角检测时，推力器发散角测量系统水平平移至离子 推力器端面前方，并将推力器发散角测量系统的检测端面翻转为竖直态，使得推力器发散 角测量系统的测试面中心与离子推力器中心对齐、且测试面与离子推力器的喷出口端面平 行；不参与检测时，将推力器发散角测量系统的测试面翻转为水平态，测试面向下； QCM安装在推力器移动机构上，位于推力器的前端面前上方，用于监测溅射沉积物污染 状况； 主舱真空容器和副舱真空容器上各自设有复压系统，用于试验停止时，向主舱真空容 器和副舱真空容器真空室充入洁净气体； 冷却水系统用于向真空抽气系统提供冷却水； 气动元件供气系统向真空抽气系统的气动元件提供压缩气； 液氮储供系统储存并向离子束靶、真空抽气系统中的大孔径低温栗提供冷氮气，用于 降低离子束靶和大孔径低温栗的温度； 摄像照明系统安装在主舱真空容器顶部，用于实时监测和记录地面试验过程中主舱真 空容器内推力器的实时图像； 推力器移动机构位于副舱真空容器内，用于安装和自动控制移动离子推力器； 地面试验电源系统通过副舱真空容器上的穿舱法兰用导线与离子推力器相连，为推力 器提供试验电源； 设备控制系统用于对各设备工作状态进行实时监控和记录，负责推力器电源的控制管 理和试验测试数据的分析处理，具有报警系统； 氙气供气系统通过副舱真空容器上的穿舱管接头与离子推力器相连，为推力器提供气 源。2. 如权利要求1所述的离子推力器寿命地面试验设备，其特征在于，主舱真空容器和 副舱真空容器均由〇Crl8Ni9材料制成。3.如权利要求1所述的离子推力器寿命地面试验设备，其特征在于，主舱真空容 器要求极限真空度小于1.0X10 5Pa，本底真空度小于1.3X10 4Pa，工作真空度小于 5. OX 10 4Pa ;副舱真空度要求小于1.0 X 10 2Pa。
【专利摘要】本发明公开了一种离子推力器寿命地面试验设备。使用本发明能够满足离子推力器寿命试验对试验设备抽气能力强、返回溅射沉积物小、可靠性高、设备集成度高等特殊要求。本发明的离子推力器寿命地面试验设备包括：主舱真空容器、插板阀、副舱真空容器、真空抽气系统、离子束靶、防溅射屏、推力器移动机构、石英晶体微量天平QCM、推力器发散角测量系统、栅极腐蚀在线监测系统、地面试验电源系统、设备控制系统、氙气供气系统、复压系统、冷却水系统、气动元件供气系统、液氮储供系统和摄像照明系统，使用本发明设备进行试验能够取得离子推力器寿命的真实结果，为评价推力器的寿命和可靠性评价提供真实、可靠的试验数据。
【IPC分类】G01M99/00
【公开号】CN105067293
【申请号】CN201510419288
【发明人】柏树, 杨建斌, 徐金林, 刘玉魁, 骆水莲
【申请人】兰州空间技术物理研究所
【公开日】2015年11月18日
【申请日】2015年7月16日